1.2.1 Конфігурація силової мережі, тобто розташування елементів мережі на плані цеху, а також її схема визначаються величинами електричних навантажень цеху і категорією електроспоживачів у відношенні надійності електропостачання.

1.2.2 Правилами улаштування електроустановок усі електроприймачі поділяються на три категорії у відношенні надійності електропостачання. Найбільш відповідальні електроустановки, які відносяться до першої категорії, не дозволяють перерви у електропостачанні, тому підведення електроенергії до них має бути забезпечено від двох незалежних джерел.

Електроспоживачі другої категорії надійності теж повинні мати резервне джерело живлення, тому для розподілення електроенергії у цехах, де переважна більшість електроприймачів віднесені до другої категорії надійності, необхідно вибирати двох трансформаторну підстанцію з незалежними введеннями електроенергії до трансформаторів на рівні високої напруги (6-10 кВ).

Електроспоживачі третьої категорії надійності можуть бути від'єднані від електропостачання у разі аварійної ситуації на час усунення пошкодження (до однієї доби) і не потребують резервного джерела живлення. Для таких навантажень зазвичай вибирають однотрансформаторну цехову підстанцію і найпростішу у технічному відношенні схему електропостачання.

1.2.3 Схеми електропостачання поділяються на радіальні, магістральні та змішані. Останні поєднують у собі елементи радіальних і магістральних схем і найчастіше використовуються на практиці.

Радіальні схеми розподілення електроенергії будуються на засадах незалежного отримання живлення окремими споживачами електроенергії від джерела. Вони доволі гнучкі і надійні, зручні в експлуатації, тому що пошкодження або ремонт однієї лінії не заважає усім іншим споживачам залишатися у роботі. Радіальні схеми зазвичай використовуються на першій ступені розподілення електроенергії у цеху - від трансформаторної підстанції до розподільчих пунктів, рідше - від розподільчих пунктів до окремих споживачів.

1.2.4 Радіальні схеми потребують значно більших капіталовкладень на зрівняння з магістральними, коли однією лінією електроенергія подається до декількох споживачів. Магістральні схеми забезпечують достатній рівень надійності електропостачання для електроспоживачів III категорії надійності, економічні, дозволяють виконувати монтажні роботи індустріальними методами.

1.2.5 У чистому вигляді магістральні і радіальні схеми розподілення електроенергії застосовуються рідко. Поєднання елементів тих і інших схем при створенні силової мережі на виробництві дозволяє раціонально і економічно використовувати достоїнства обох видів схем і забезпечувати необхідний рівень надійності електропостачання конкретних споживачів електроенергії.

1.2.6 Для металообробного цеху, де переважною більшістю встановлені споживачі третьої категорії надійності електропостачання, категорія виробничих процесів віднесена до класу «Д», попередньо вибираємо змішану схему силової мережі із застосуванням магістрального струмопроводу типу ШЗМ-16УЗ і розподільчих шаф типу ШВР, де встановлені автоматичні відмикачі на вході і на відхідних лініях. Таким чином, розподілення електроенергії на рівні 0,4 кВ у металообробному цеху передбачається здійснювати від трансформаторної підстанції через магістральний струмопровід до розподільчих шаф; від розподільчих пунктів окремими лініями за найкоротшими трасами електроенергія має надходити до кожного окремого електроприймач.

1.3 Розрахунок електричних навантажень

1.3.1 Електричні навантаження промислових підприємств визначають вибір усіх елементів системи електропостачання, потужність трансформаторних підстанцій, живлячих і розподільчих мереж. Тому правильне визначення електричних навантажень є вирішальним фактором при проектуванні електричних мереж.

1.3.2 Якщо електричне навантаження прийняти вищим за реальне, це може привести до перевитрат провідникового матеріалу і подорожчання будівництва; якщо навантаження прийняти нижчим за реальне – це приведе до зменшення перепускної спроможності мережі та до неможливості забезпечення нормальної роботи електроприймачів.

1.3.3 Існує декілька способів розрахунку електричних навантажень. Керівними матеріалами головного проектного інституту з проектування електропостачання РТМ 36.18.32-4-92 рекомендований для розрахунків способів впорядкованих діаграм або коефіцієнта розрахункових навантажень.

1.3.4 При цьому усі споживачі групуються за характерними категоріями з однаковими коефіцієнтами використання Кв і tgц, розрахунок ведеться за формою Ф636-92.

Розрахункове навантаження Рр, кВт, визначають як:

Рр = Кр * Рс, (1-1)

де Кр – коефіцієнт розрахункового навантаження;

Рс – споживана або середня активна потужність електроприймачів, кВт.

1.3.5 Для групи електроспоживачів одного режиму роботи середню активну та реактивну потужність навантаження, кВт і кВАр відповідно, знаходять за формулами:

Рс = Кв * Рн (1-2)

Qс = Кв * Рн * tgц (1-3)

де Кв – коефіцієнт використання;

Рн – номінальна встановлена потужність групи електроприймачів, кВт;

tgц – коефіцієнт реактивної потужності.

При наявності в групі електроспоживачів з різними режимами роботи:

Рс =Рс (1-4)

Qс=Qс (1-5)

1.3.6 Коефіцієнт розрахункового навантаження знаходиться в залежності від ефективного числа електроприймачів nе і коефіцієнта використання для цієї групи електроприймачів. Груповий коефіцієнт використання:

Кв = (1-6)

Ефективне число електроприймачів для вузла живлення визначають за виразом:

nв = (1-7)

А при великій кількості електроприймачів – в цілому для цеху або для магістрального шино проводу – за виразом:

nв = (1-8)

Де УРн – сумарна номінальна потужність у вузлі, кВт

Рнмах – потужність найбільшого з електроприймачів у групі, кВт

1.3.7 Реактивна розрахункова потужність, кВАр, теж залежить від nе:

Qp = Qc при nе > 10 (1-9)

Qp = 1,1 Qc при nе ≤ 10 (1-10)

1.3.8 Повна розрахункова потужність, кВА, визначають за виразом:

Sp = (1-11)

Розрахунковий максимальний струм, А

Ір = (1-12)

Де Sp – повна розрахункова потужність, кВА;

Uн – номінальна напруга живлення, кВ.

1.3.9 Приклад розрахунку для вузла ШР1

1.3.9.1 У вузлі ШР1 знаходяться верстати з позиціями: 9,10 потужністю 25,7 кВт, 5 потужністю 26,0 кВт, 4 потужністю 13,5 кВт, 3 потужністю 7,5 кВт, 1 потужністю 30,0 кВт, 2 потужністю 15,0, 62 потужністю 12,6 кВт, 56 потужністю 15,0 кВт, 48 потужністю 3,0 кВт, 52 потужністю 1,8 кВт, А4 потужністю 15,75 кВт.

1.3.9.2 За формулами (1-2) та (1-3) знаходжу середню активну та реактивну потужність навантаження для верстатів поз. 1…5, 9, 10, 48, 56, 62

Рс = 0,17 * (25,7*2 + 26 + 13,5 + 7,5 + 30 + 15 + 12,6 + 15 + 3) = 34,8 кВт

Qс = 0,17 * 174 * 1,17 = 40,7 кВАр

Для барабана поз. 52

Рс = 0,14 * 1,8 = 0,25 кВт

Qс = 0,14 * 1,8 * 1,17 = 0,3 кВАр

Для агрегату повітряно-опалювального поз. А4, в який входять електропривод та нагрівач

Для електроприводу

Рс = 0,75 * 0,65 = 0,5 кВт

Qс = 0,75 * 0,65 * 0,75 = 0,37 кВАр

Для нагрівача

Рс = 15 * 0,65 = 9,75 кВт

Qс = 15 * 0,65 * 0,33 = 3,22 кВАр

Для розподільчого пункту ШР1 за формулами (1-4) та (1-5) знаходимо сумарну середню активну та реактивну потужність навантаження

УРс = 34,8 + 0,25 + 0,5 + 9,75 =45,3 кВт

УQс = 40,7 + 0,3 + 0,37 + 3,22 = 44,6 кВАр

1.3.9.3 Груповий коефіцієнт використання за формулою (1-6)

Кв = = 0,24

Груповий tgц

tgц = = = 0,98

За формулою (1-8) визначаю ефективне число електроприймачів

ne = = 9, 21

Приймаємо ne = 9 шт

За формулою (1-10) знаходжу реактивну розрахункову потужність

Qp = 1,1 * 0,24 * 191,55 * 0,98 = 51,08 кВАр

За формулою (1-11) визначаю повну розрахункову потужність

Sp = = 78,61 кВА

За формулою (1-12) знаходжу розрахунковий максимальний струм

Ір = = 199,58 А

Але при умові, що сума номінальних струмів від чотирьох найбільш потужних верстатів, які можуть одночасно працювати, за розрахунковий струм у вузлі ШР1 приймаємо струм 253 А.

1.4 Розрахунок і вибір компенсуючих пристроїв

1.4.1 Реактивний струм додатково завантажує лінії електропередачі, що призводить до підвищення перерізу проводів і кабелів, і відповідно до збільшення капітальних витрат на спорудження та експлуатацію зовнішніх та внутрішніх мереж малих і потужних промислових підприємств. Реактивна потужність поряд з активною враховується постачальником електроенергії і підлягає оплаті за діючими тарифами, а це складає чималу частину рахунків за електроенергію.

1.4.2 Найбільш ефективним способом зниження споживаної з мережі реактивної енергії є використання установок компенсації реактивної потужності – косинусних конденсаторних установок.

Застосування конденсаторних установок дозволяє:

- розвантажити живлячі лінії електропередачі, трансформатори та розподільчі пристрої;

- знизити витрати на оплату електроенергії;

- зробити розподільчі мережі надійнішими та економічнішими;

- при використанні певного типу установок знизити рівень вищих гармонік;

- подавити перешкоди у мережі, знизити асиметрію фаз.

1.4.3 Як відомо, чим більша реактивна потужність при постійній активній потужності, тим нижчий коефіцієнт потужності cosц. Значення cosц для окремих категорій приймачів електроенергії великою мірою залежить від їх специфічних особливостей і режимів роботи. Наприклад, верстатне устаткування з циклічним режимом роботи, цехові крани при повторно-короткочасному режимі роботи, електрозварювальні трансформатори, індукційні електричні печі належать до групи споживачів з низьким значенням cosц. Разом з тим такі електроприймачі, як електричні печі опору, сушильні апарати і шафи, мають високе значення cosц (близьке до одиниці).

1.4.4 Зниження споживання реактивної потужності і електроенергії дозволяє значно підвищити поточний коефіцієнт потужності

сosц = (1-13)

Заходи з підвищення коефіцієнту потужності поділяються на дві основні категорії:

- природні, що пов’язані з покращенням використання встановленого електроустаткування;

- штучні, що потребують використання спеціальних компенсуючи пристроїв.

1.4.5 До природних заходів умовно відносять використання синхронних двигунів в нових установках та заміну асинхронних двигунів на синхронні в існуючих, упорядкування технологічного процесу, що веде до покращення енергетичного режиму електрообладнання, зниження напруги на обмотках статора шляхом ручного або автоматичного перемикання з трикутника на зірку, якщо двигун завантажений на 30 - 40% від номінальної потужності, використання секціонованих обмоток двигунів, обмеження холостого ходу асинхронних двигунів тощо.

До штучних заходів підвищення cosц належать встановлення косинусних (статичних) конденсаторів або синхронних компенсаторів.

1.4.6 На промислових підприємствах застосовують, головним чином, косинусні конденсатори. Вони виготовляються як для низьких так і для високих напруг. Статичні конденсатори мають значні переваги перед іншими видами штучної компенсації, тому що їх установка не пов’язана з великими втратами потужність в них (0,004-0,005 кВт/кВАр), вони прості в обслуговуванні, не мають частин, які обертаються. Але водночас вони мають підвищену чутливість до підвищення напруги і практичну недоцільність відновлювального ремонту.

Необхідна потужність компенсуючого пристрою, Qку, кВАр, визначають за формулою

Qку = Рр * (tgц1 – tgц2) (1-14)

Де Рр – розрахункова активна потужність на шинах трансформатора, кВт

tgц1 – коефіцієнт реактивної потужності до компенсації

tgц2 – нормативний коефіцієнт реактивної потужності.

1.4.7 Нормативний коефіцієнт потужності повинен знаходитись у межах 0,92ч0,98 (tgц = 0,2…0,25), тобто розрахований вище коефіцієнт tgц = 1,09 (таблиця 1.2) необхідно підвищити до нормативного.

Qку = 318,23 * (1,09 – 0,24) = 270,5 кВАр

Приймаємо для компенсації конденсаторну установку УК-0,4-280У3 потужністю 280,0 кВАр з номінальним струмом Ін = 346,1 А.

1.4.8 Реактивну потужність Qку віднімаємо від розрахункової Qр і розрахункову повну потужність, Sр, кВА, на шинах 0,4 кВ цехового трансформатора визначаємо з урахуванням компенсуючої потужності Qку

Sp = (1-15)

Sp = = 347,44 кВА

Коефіцієнт потужності після компенсації становить

cosц = = = 0,92

що відповідає вимогам енергосистеми.

1.5 Розрахунок, вибір потужності і конструкції трансформаторної підстанції

1.5.1 Тансформатори є одним з основних видів електроустаткування, що забезпечують передачу та розподіл електроенергії від електричних станцій до споживачів. Вибір числа, типу і потужності трансформаторів обумовлюється величиною і характером електричних навантажень, розташуванням технологічного обладнання, експлуатаційними вимогами, умовами оточуючого середовища, тощо.

1.5.2 Трансформаторні підстанції повинні наближуватися до центру розташування споживачів електроенергії. З цією метою використовують внутрішньоцехові підстанції, які живлять окремі цехи або їх частини.

1.5.3 Підстанція, яку вибирають при проектуванні, повинна займати мінімум корисної площі у цеху, задовольняти вимогам електричної і пожежної безпеки і не повинна заважати технологічному процесу.

1.5.4 Оскільки споживачі металообробного цеху належить до ІІІ категорії надійності електропостачання, то немає потреби встановлювати в цеху два трансформатори. Але питання про встановлення одно- чи двох-трансформаторної підстанції остаточно вирішують за результатами техніко-економічних розрахунків.

1.5.5 Для електропостачання промислових підприємств широко використовують комплектні трансформаторні підстанції (КТП), які мають цілий ряд переваг перед звичайними, де окремо встановлюється силовий трансформатор, розподільчий пристрій низької напруги РПНН та інші складові.

КТП загалом з усіма апаратами захисту, вимірювальними приладами та допоміжними пристроями виготовляються, комплектуються та випробуються на заводі. До місця встановлення поступають у зібраному вигляді. Це дає великий економічний ефект, тому що прискорює і здешевлює будівництво, дозволяє вести роботи індустріальними методами.

1.5.6 Електромонтаж КТП постає лише у встановленні комплектного пристрою, його перевірці і приєднанню до електричної мережі. При цьому підвищується загальна якість електроустановки, надійність її роботи, зручність і безпечність обслуговування, досягається зручність і швидкість розширення підстанції під час реконструкції електрогосподарства на підприємстві.

1.5.7 У нашому випадку, коли в цеху встановлені споживачі ІІІ категорії, потужність електричних навантажень невелика, вибираємо одно- трансформаторну підстанцію на 630 кВА

Sнт > Sp (1-16)

630 > 567,44 кВА

1.5.8 Коефіцієнт завантаження при цьому складає

Кз = = = 0,9

що в межах допустимого

Отже приймаємо для установки в металообробному цеху підстанцію типу КТП-630/10/0,4-У3 з масляним трансформатором типу ТМ-630/10/0,4-У3.

1.6 Розрахунок живлячої мережі

1.6.1 Щоб розрахувати живлячу мережу необхідно знати розрахункові і граничні значення навантажень на кожний з розподільчих пунктів і на підстанцію загалом. Відповідно до цих параметрів вибирають переріз живлячих ліній та захисні апарати. Розрахункові навантаження визначенні нами і підрозділі 1.3.

1.6.2 Високовольтний кабель, що живить підстанцію, вибирається:

- за напругою та умовами прокладки;

- за тривало допустимим струмом навантаження;

- і перевіряється за економічною густиною струму.

1.6.3 Відповідно до першої з зазначених умов вибираємо кабель марки ААШв-10 напругою 10 кВ, який прокладається у траншеї.

1.6.4 Тривало допустимий струм навантаження, А, визначається номінальним струмом навантаження трансформатора з боку ~ 10 кВ

Інт = (1-17)

де Sнт – номінальна потужність трансформатора, кВА;

Uн – номінальна напруга трансформатора з боку ВН, кВ.

Інт = = 36,37 А

Такому навантаженню відповідаю переріз 16 мм2.

1.6.5 Переріз вибраного кабелю, мм2, перевіряють за економічною густиною струму, який визначають за виразом

Se = (1-18)

де Ідоп – допустимий струм навантаження, А

j – економічна густина струму, А/мм2.

1.6.5 Економічна густина струму залежить від матеріалу жил кабелю та кількості годин роботи підприємства за рік Т і вибирається за таблицею 1.3.36 з ПУЕ.

Для кабелю з алюмінієвими жилами та Т = 3000 ч 5000 год., j = 1,4 А/мм2

Se = = 26 мм2

Приймаємо кабель ААШв-10 3х35 мм2.

1.6.6 Вибір перерізу живлячих кабелів марки ВВГ-660 від трансформаторної підстанції до ШР1чШР8, конденсаторної установки, освітлювальної мережі, а також до сусідньої ділянки, проводиться відповідно струму на кожен з пунктів за таблицею 1.2 даного проекту. Наприклад, для розподільчого пункту ШР7 типу ШВР-250-136-20У3 розрахунковий струм навантаження становить 168,8 А. Підключаємо ШР7 до магістрального шинопроводу кабелем марки ВВГ-660 3х70+1х35.

Згідно ПУЕ (п.3.1.16.) апарат захисту може бути віднесений від шинопроводу на відстань до 30 метрів, тому для захисту розподільчих пунктів ШР2чШР8 приймаємо автоматичний відмикач на їхньому вході, струм розмикання якого вибираємо відповідно до розрахункового струму навантаження, А,

Інр = 1,25 * Ір (1-19)

де Інр – номінальний струм розмикання автоматичного відмикача , А

1,25 – коефіцієнт запасу

Ір – розрахунковий струм навантаження, А.

Наприклад, для розподільчого пункту ШР7 розрахунковий струм навантаження склав 168,8 А, тоді

Інр = 1,25 * 168,8 = 211 А.

Приймаємо уставку теплового розчеплювача вхідного автомату шафи ШР7 250 А.

Аналогічно розраховуємо інші захисні апарати живлячої мережі і заносимо до таблиці 1.3 разом з вибраними кабелями.

1.6.7 Вибір перерізу живлячої лінії для конденсаторної установки виконують за струмом, який становить 1,3 Іку, А, тобто

Вибираємо кабель марки ВВГ-660 перерізом 2(3х120+1х50)

Конденсаторна установка підключається до шинопроводу через ящик силовий розриву, де захисним апаратом є запобіжник.

Струм спрацьовування запобіжника розраховують

Іпл.вст. = 1,6 Ін ку

Розрахунок живлячої мережі приведений в таблиці 1.3.

1.7 Розрахунок розподільчої мережі

1.7.1 Для запобігання надмірного нагрівання проводів і кабелів кожна ділянка електричної мережі повинна бути забезпечена захисним апаратом, який забезпечує відмикання аварійної ділянки при непередбачуваному збільшенні струмового навантаження вище за тривало допустиме. Захисними апаратами у силовій електричній мережі є запобіжники або автоматичні відмикачі, якими комплектуються розподільчі пристрої.

1.7.2 Розрахунок розподільчої мережі постає у виборі перерізу живлячих проводів та захисних апаратів для кожного окремого електроприймача.

1.7.3 Захисними апаратами на вихідних лініях у силових розподільчих шафах типу ШВР та ЯВР є автоматичний відмикач серії АЕ20. Номенклатура силових розподільчих пунктів серії ШВР розрахована на напругу 380/220 В, 50 Гц і на струми 250 і 630А.

Автоматичні відмикачі, що встановлені у розподільчих пристроях, мають номінальні струми від 63 до 250А і комбіновані розчеплювачі.

1.7.4 Номінальний струм, А, теплового розчеплювача вибирають за формулою

Ін.р. = 1,25 * Ін (1-20)

де Ін.р. – номінальний струм силового розчеплювача автомата, А;

Ін – номінальний струм захищуваної лінії (електроприймача), А;

1,25 – коефіцієнт запасу.

1.7.5 Переріз живлячих проводів вибирають за тривало допустимим струмом навантаження в залежності від ізоляції, матеріалу жил і способу прокладки відповідно до таблиць ПУЕ 1.3.4 … 1.3.22.

1.7.6 Наприклад, для поз. В1 – витяжна вентустановка – з номінальною потужність 4,0 кВт, cosц = 0,8, з = 0,9, номінальний струм, А, у лінії визначаємо за виразом

Ін = (1-21)

Ін = = 8,4 А

Отже вибираємо для живлення витяжної вентустановки кабель марки ВВГ – 660 перерізом 4х1,5 мм2.

1.7.7 Уставка спрацьовування теплового розчеплювача за виразом (1-2) для поз.В1

Ін.р = 1,25 * 8,4 = 10,5 А

Для автомата АЕ2046 з номінальним струмом 63,0 А у розподільчому пристрої типу ЯВР-250-121-20У3 (ШР6) приймаємо коліброване значення струму для силового розчеплювача

Ін.р. = 12,5 А

Розрахунок живлячої мережі приведений в таблиці 1.4.

1.8 Організаційні та технічні заходи з енергозбереження

1.8.1 Людство споживає величезну кількість енергії, і потреби в ній збільшуються вдвічі кожні 25 років. З початку минулого століття енергоспоживання зросло більш ніж у 16 разів і найбільшу частку спожитих енергій складає електроенергетика.

Відповідно зріс і видобуток енергетичних ресурсів – вугілля, нафти, природного газу, гідроенергії. З’явилася атомна енергетика, але головне місце в загальному балансі, як і раніше, займають нафта, природний газ і вугілля. Гідроенергетика дає не більше 20 – 25% від кожного з них.

Подальше зростання видобутку енергетичних ресурсів для забезпечення потреб людства веде до порушення екологічного балансу планети і не може бути нескінченним. Тому гостро постає питання про раціональне використання на виробництві і в побуті енергетичних ресурсів взагалі і електроенергії зокрема.

1.8.2 Нагальним стало питання ощадливого ставлення до використання всіх видів паливно0енергетичних ресурсів на планеті та економічного витрачання первинної і перетвореної енергії і природних енергоресурсів в національному господарстві України.

Законодавчими державними актами і Україні підприємствам та установам регламентовано розробляти і впроваджувати організаційні і технічні заходи для зниження питомих витрат на виробництво продукції, виконання робіт і надання послуг встановленої якості, а також для суттєвого зниження витрат електричної енергії на шляху від підприємств-виробників до споживачів.

Такими заходами безпосередньо на місцях споживання електроенергії є:

- підвищення завантаження силових трансформаторів відповідно вимог нормативних документів за категорією надійності електропостачання;

- вирівнювання добових графіків навантаження підприємств з електроспоживання;

- наближення джерела електроенергії до центру електричних навантажень;

- зниження реактивної складової в потужності, яка передається до споживачів;

- правильний розрахунок і вибір потужності електроприводів для технологічних механізмів;

- обмеження холостого ходу електроприводів;

- заміна двигунів встановленої потужності на двигуни меншої потужності, якщо вони недовантаженні або якщо змінився технологічний процес;

- використання багато швидкісних електродвигунів, які дозволяють змінювати встановлену потужність перемиканням схеми обмоток статора;

- використання синхронних електроприводів замість асинхронних там, де це доцільно;

- використання енергозберігаючих освітлювальних установок;

- навчання персоналу і встановлення персональної відповідності за недотримання вимог з енергозбереження в окремих підрозділах підприємства або установи.

1.8.3 В масштабах держави для скорочення енергоспоживання в електроенергетиці необхідно провести докорінну реконструкцію мереж і систем електропостачання, модернізація технологічних процесів виробництва і розподілу електроенергії. З цією метою необхідно вести пошук нових природних джерел для виробництва електроенергії, використовуючи енергію вітру, сонця, морських припливів.

1.9 Розрахунок заземлювального пристрою

1.9.1 Однією з причин ураження людини електричним струмом є пошкодження ізоляції електроприймачів. При такому пошкодженні торкання до металевого корпусу електроприймача рівноцінно торканню до струмопровідної частини електроустановки.

Для захисту людини від ураження електричним струмом при пошкодженні ізоляції корпуси електроприймачів заземлюються. При цьому усі металічні неструмовідні конструкції і корпуси в електроустановках з заземленою нейтраллю електрично пов'язуються з заземленою нейтраллю трансформатора через нульовий провід мережі або спеціальний заземлювальний провідник. Завдяки цьому всіляке замикання на корпус перетворюється у коротке замикання, і аварійна ділянка мережі відмикається захисним апаратом. Така система заземлення називається зануленням.

Для надійного відмикання пошкодженої ділянку опір кола короткого замикання повинен бути досить малим - при напрузі 380 В згідно ПУЕ опір заземлювального пристрою у чотирьохпроводних лініях має бути не більшим за 4 Ом. Отримати його можна заглибленням у землю стальних труб, кутиків або пруткової сталі, які поєднуються штабою шляхом зварювання.

1.9.2 Розрахунок заземлювального пристрою полягає у визначенні необхідної кількості вертикальних заземлювачів, які б забезпечили допустимий опір розтіканню електричного струму з урахуванням їхніх конструктивних особливостей, взаємного розташування та характеру грунту у місці заземлювання.

За вертикальні електроди приймаємо кутикову сталь 50 х 50 довжиною 2,5. З'єднувальна штаба - 40 х 4 мм.

Кутик 50 х 50 х 5 довжиною 2,5 м має питомий опір розтіканню, Ом

0,00318 х с (1-22)

де с - питомий опір грунту, Ом м

Для суглинків с = 0,6 х 104 Ом м; з урахуванням промерзання грунту приймаємо підвищуючий коефіцієнт 1,8, тоді опір одного електрода

Ro= 0,00318 х 0,6 х 104 х 1,8 = 34,4 Ом

Приймемо розташування електродів в один ряд з відстанню поміж ними 3 м. І для урахування взаємоекранування у заземлювальному пристрої знаходимо коефіцієнт використання Кв = 2 за ПУЕ. Таким чином, опір одного кутика у контурі слід прийняти рівним

Ro' = 34,4 х 2 = 68,8 Ом,

а кількість електродів, шт

n = Ro' / Rд (1-23)

де Rд =4 Ом

n = 68,8 /4= 17,2

1.9.3 Якщо не враховувати опір розтіканню з'єднувальні штаби, то для заземлювального пристрою слід було б прийняти 17 електродів. Але їх кількість можна зменшити, якщо врахувати близько 48 м штаби, яка знадобиться для поєднання кутиків у контурі. Опір штаби становить близько 2 Ом. З урахуванням розмірів стальної стрічки, питомого опору грунту та його висихання або промерзання (підвищуючі коефіцієнти „2,5", та „4"), опір штаби слід прийняти рівним

Rш = Rш. приб*Rш*Кпідв

Rш = 2*4*2,5 = 20 Ом

Кутики та штаба являють собою два паралельно з'єднаних опори. Тому загальний опір заземлювального пристрою, Ом, визначається як

= + (1-24)

Де Rв - загальний опір усіх кутиків, Ом

З рівняння (1-24) загальний опір вертикальних електродів, Ом, має дорівнювати

Rв = (1-25)

Rв = = 5 Ом

1.9.3 Уточнюємо необхідну кількість електродів

n = = 13,8 шт

Приймаємо для установки 14 кутиків, а з'єднувальну штабу подовжуємо з обох боків заземлювального контуру на 4,5 м, щоб не змінився розрахований опір від горизонтального заземлювача.

1.10 Особливості виконання ремонту електродвигунів

1.10.1 До початку ремонту необхідно переглянути документацію на електродвигун, що підлягає ремонту, перевірити, чи проводилася при попередньому ремонті заміна підшипників кочення або перезаливання підшипників ковзання, встановити, скільки годин відпрацювали підшипники кочення після заміни, які були зазори в підшипниках ковзання при останньому замірі, чи не залишилися не усуненні які-небудь дефекти, чи не з'явилися дефекти при роботі електродвигуна. На основі цих даних вирішується питання про обсяг ремонту електродвигуна.

Майстер повідомляє обсяг ремонту електродвигуна бригадиру, який готує необхідні інструменти, матеріали та запчастини, перевіряє наявність запасних шарикопідшипників і роликопідшипників. За вагою двигуна і його деталей підбирають стропи, а при необхідності переносні підйомні пристосування. Стропи й підйомні засоби повинні бути випробувані і мати про це опосвідчення.

При розбиранні електродвигуна необхідно нанести мітки керном, зафіксувати положення напівмуфт, визначити, в якому отворі напівмуфти встановлений кожен палець електродвигуна. Болти або гайки, які туго прокручуються, попередньо змащують гасом і залишають на кілька годин, після чого їх легко можна відвернути. Невеликі деталі укладають і зберігають у ящиках, що входять в набір інструменту і пристосувань.

1.10.2 Існує три основних види ремонту: поточний, середній і капітальний.

Поточний і середній ремонти охоплюють такі роботи, які не вимагають повного розбирання електродвигунів. Поточний ремонт електродвигуна полягає в промиванні підшипників і зміні в них мастил, огляді та усуненні несправностей в його пускорегулювальній апаратурі, заміні щіток і т. і. Поточний ремонт у більшості випадків виконується без розбирання обладнання при відключеній напрузі. При середньому ремонті ретельно оглядають і чистять обладнання, замінюють зношені деталі, здійснюють заходи, пов'язані з регулюванням окремих частин машини, апаратів і інших елементів електроустановки.

1.10.3 Капітальним ремонтом називають роботи по заміні або відновленню основних і, як правило, найбільш складних частин, складальних одиниць або деталей електродвигуна. Роботи з капітального ремонту виконуються з частковим або повним розбиранням електродвигуна персоналом ремонтного цеху підприємства за рахунок коштів, що відпускаються на відновлення зношеного обладнання.

2 ДЕТАЛЬНА РОЗРОБКА

2.1 Загальна характеристика механізму

2.1.1 Повітряно-опалювальні агрегати застосовують для повітряного опалення промислових приміщень без постійної присутності людей або з постійною присутність людей, якщо висота приміщення не перевищує шести метрів. Такі агрегати також можуть використовуватись для, так званого чергового опалення виробничих приміщень у нічний або неробочий час.

2.1.2 Повітряно-опалювальні агрегати виконуються з електронагрівачами або з теплоносіями «гаряча вода температурою 95-150°С» чи «сухий насичений пар температурою не вище 190°С».

У дипломному проекті розглядаються агрегат опалювальний з електрокалорифером. Конструктивно він складається з окремих вузлів, які зібрані у єдиний блок за допомогою болтових з’єднань. До складу такого блоку входять: вентилятор, перехід та електрокалорифер типу СФО, який має дві секції нагрівачів. Як нагрівальні елементи в калориферах типу СФО використовуються ребристі теплоелектронагрівачі (ТЕНи), що поєднанні в групи. Під час роботи опалювального агрегату повітряний потік, утворюваний вентилятором, проходячи через конфузом і калорифер, нагрівається і поступає у приміщення. Температура нагрівання повітря регулюється кількістю одночасно включених груп. Вмикання нагрівачів здійснюється з пульта управління або автоматично.

2.1.3 Повітряно-опалювальний агрегат підвішується або встановлюється на кронштейнах зазвичай на висоті + 3,5 метри від рівня підлоги. Пульт керування агрегатом розташовують під ним таким чином, щоб було зручно здійснювати обслуговування і управління агрегатом та контроль за роботою окремих елементів системи.

Такі опалювальні пристрої мають високу теплопродуктивність і ефективність, що забезпечується оптимальною відстанню поміж вентилятором і калорифером, яка включає «застійні» зони під час руху повітря в агрегаті, а також використанням високоякісних калориферів і осьових вентиляторів.

2.2 Вибір виду струму і величини напруги

2.2.1 По роду струму розрізняють електроприймачі, які працюють від мережі змінного струму промислової частоти f=50Гц.

Змінного струму збільшеної або пониженої частоти: від мережі постійного струму.

По напрузі елекроприймачі класифікуються на дві групи:

1) Електроприймачі, які отримують живлення безпосередньо від мережі

3.6 і 10 кВ.

2) Електроприймачі живлення яких економічно вигідно на напругу 380-660В Окремі споживачі електроенергії виконуються для живлення високошвидкісних електродвигунів збільшеної частоти 180-400 Гц.

2.2.2 Зважаючи на те, що в проектуємому цеху всі електроприймачі живляться змінним струмом для живлення електроприймачів приймаємо змінний струм напругою 380 В частотою 50 Гц.

2.2.3 Напруга 380/220 В дозволяє від одних і тих самих трансформаторів здійснювати живлення як силового навантаження так і освітлювальної мережі.

2.2.4 У агрегату повітряно-опалювальному, може бути електропривод як на змінному так постійному струмі, але так як у нас в металообробному цеху усі верстати працюють на змінному струмі, то беремо електропривод на змінному струмі, так як це буде не економічно, напруга у цеху 380 В, тому і електропривод буде працювати на цій напрузі, тому що якщо для зменшення напруги у цеху треба ставити понижуючий трансформатор. Агрегат повітряно-опалювальний має як електропривод так і нагрівач, нагрівач також буде працювати на змінному струмі, і на напрузі 380 В, так як це буде не доцільно.

2.3 Розрахунок потужності і вибір приводного двигуна вентилятора

2.3.1 Електропривод будь-якого механізму працюватиме надійно і економічно лише тоді, коли електродвигун вірно вибраний з урахуванням режиму роботи механізму та очікуваного навантаження. Отже, вірний вибір потужності двигуна має велике значення. Він певною мірою обумовлює як початкові, так і експлуатаційні витрати в електроприводах.

2.3.2 Установка двигунів надлишкової потужності відносно навантаження механізму призводить до невиправданого збільшення габаритів електропривода і початкової вартості механізму в цілому, погіршуються також енергетичні показники як самої установки, так і живлячої мережі, до якої вона приєднана – зростають втрати електроенергії за рахунок низького К.К.Д та cosц.

2.3.3 Використання двигунів недостатньої потужності може призвести до порушення нормальної роботи виконавчого механізму, неминучого підвищення температури частин машини і обмоток вище допустимої норми, до зниження продуктивності машини у літню пору року, а також до виникнення аварій та до передчасного виходу двигуна з ладу.

2.3.4 Потужність електродвигуна, що вибирається, повинна задовольняти таким умовам:

- нормальний нагрів під час роботи механізму;

- достатня навантажувальна спроможність;

- достатній пусковий момент.

2.3.5 Вентилятори відносяться до механізмів з тривалим режимом роботи з постійним навантаженням, тому їх електроприводи нереверсивні з рідкими пусками. При відсутності електричного регулювання швидкості і повітряно-опалювальному агрегаті зазвичай використовують асинхронні двигуни з короткозамкнутим ротором, що живляться від мережі 380 В.

2.3.6 Вибираючи потужність двигуна для вентилятора повітряно-опалювального агрегату, як і для усіх механізмів з тривалим режимом роботи і постійним навантаженням, потрібну потужність двигуна Рдв визначають в залежності від потужності на валу механізму з урахуванням втрат у проміжних механічних передачах.

2.3.7 Потужність двигуна повітряно-опалювального агрегату Рдв, кВт, визначається за виразом

Рдв = Кз * (2-1)

де Q – продуктивність вентилятора, м3/с;

Н – тиск газу, Па

зв – К.К.Д вентиляторного агрегату, для відцентрових вентиляторів приймається 0,4ч0,7

зn – К.К.Д механічної передачі

Кз – коефіцієнт запасу який приймається 1,1 - 1,2 при потужності вищій за 5,0 кВт і 1,5 – при потужності до 2,0 кВт.

2.3.8 При заданих Q = 2,1 * 103 і Н = 320 Па

Рдв = 1,5 * = 0,44 кВт

Отже, приймаємо для електроприводу вентилятора асинхронний двигун типу 4А80А6У3 технічні данні двигуна: Рном = 0,75 кВт, nном = 915 об/хв, Іном = 2,24 А, 380 В/50 Гц.

2.4 Розташування електроустаткування і конструкція силового кола механізму

2.4.1 До електроустаткування повітряно-опалювального агрегату належать електропривод осьового вентилятора, який змонтований на спільній рамі з вентилятором, електронагрівачі калорифера, датчик температури у приміщенні, яке обслуговується опалювальним агрегатом, і ящик управління з апаратами захисту і пуску.

2.4.2 Обидві секції електрокалорифера і вентилятор з приводним електродвигуном змонтовані як єдиний блок і розташовані у виробничому приміщені на недосяжній для людини висоті. Для зручності монтажу передбачена коробка з клемами для приєднання електрокалорифера до мережі живлення.

Ящик управління агрегатом навісного виконання розташований поблизу самого агрегату. В ньому встановлені захисні автоматичні відмикачі - для захисту від аварійних режимів всього агрегату, кола електропривода вентилятора і окремих секцій електрокалорифера, а також для захисту кіл управління. Пуск у роботу вентилятора і кожної з секцій електрокалорифера здійснюється магнітними пускачами, які теж розташовані у ящику управління і забезпечують комутації у силовому колі повітряно-опалювального агрегату.

2.4.3 Контроль температури повітря у приміщенні здійснюється за допомогою датчика температури - пристрою електричного дилатометричного типу ТУДЗ-8-М1, який встановлюється на дальній стіні в обслуговуваному приміщенні в межах зони дії опалювального агрегату.

2.4.4 Приєднання силового електрообладнання до ящика управління виконується проводами марки АПВ-660 перерізом 2,5 і 4,0 мм2, які прокладаються у водогазогінних трубах ГОСТ 3262-85. Живлення 380/220 В, 50Гц до ящика управління повітряно-опалювальним агрегатом А2 подається від силового розподільчого пункту металообробного цеху ШР7 кабелем марки ВВГ - 660 3х4,0+1х2,5.

2.5 Вибір основних апаратів управління

2.5.1 Електричні апарати – це електротехнічні пристрої, які призначенні для управління, регулювання та захисту електричних кіл і машин, а також для контролю і регулювання різних неелектричних величин.

2.5.2 Вибір електричних апаратів обумовлюється складеною схемою управління і вибираються вони за різними ознаками:

- за кількістю полюсів у силовому колі;

- за номінальною напругою силового кола і кола управління;

- за номінальним струмом;

- за ступенем захисту від навколишнього середовища;

- за кількістю контактів у допоміжному колі;

- за ступенем спрацьовування електромагнітного і нагрівального елементів (для апаратів захисту).

2.5.3 Для управління електроприводом повітряно-опалювального агрегату вибираємо магнітний пускач типу ПМЛ 110004У3 для роботи в силовому колі напругою 380 В, 50 Гц на номінальний струм 2,6 А, керуючись умовами

Uн ≥ Uн дв

Ін ≥ Ін дв

де Uн і Ін – номінальні напруга і струм апарата, який вибирається, В і А відповідно;

Uн дв і Ін дв – номінальні напруга і струм електродвигуна, В і А відповідно;

Ін дв = 2,5 А < 2,6 А

2.5.4 Номінальна напруга котушки пускача згідно до схеми управління становить 220 В, 50 Гц. Магнітний пускач доповнюється контактною приставкою типу ПКЛ-40 і тепловим реле для захисту електродвигуна від тривалих перевантажень.

2.5.5 Теплове реле приймаємо типу РТЛ-1007. Уставку спрацьовування розраховуємо за виразом

Ін.е. = (1,05…1,1) * Іном

Ін.е. = 2,24 * 1,1 = 2,5 А

Приймаємо струм спрацьовування нагрівального елемента 3,0 А.

Для захисту силового кола від струмів короткого замикання вибираємо вимикач типу АЕ2046М на номінальний струм 63 А.

2.5.6 Струм теплового розчіплювача автомата розраховуємо за виразом

Ін.р. = 1,25 * Ін.дв.

Ін.р. = 1,25 * 2,24 = 2,8 А

Виходячи з розрахунку приймаємо струм теплового розчіплювача автомата 3 А. При цьому струм спрацьовування електромагнітного розчіплювача становитиме

Іе.р = Квідс * Ін.р.,

де Квідс – коефіцієнт відсічки для вибраного автоматичного вимикача, який характеризує кратність струму спрацьовування електромагнітного розчіплювача по відношенню до Ін.р. теплового елемента;

Для автомату типу АЕ2046 кратність відсічки дорівнює 12.

Отже, струм спрацьовування електромагнітного розчіплювача для вибраного автомата становить

Іе.р. = 12 * 3,0 = 36,0 А

2.5.7 Перевіряємо уставку спрацьовування електромагнітного розчіплювача автомата за умовою

Іе.р. = 1,2 * Іпуск ,

де Іпуск – пусковий струм двигуна, А

Для двигуна 4А80А6У3

Іпуск = 7,0 * 2,24 = 15,7 А

36,0 > 15,7

Тобто автоматичний вимикач з комбінованим розчеплювачем при вмиканні електродвигунів не буде спрацьовувати на розмикання.

2.5.8 Реле проміжні вибираємо типу РП20-217УЗ з комбінаціями контактів відповідно до потреб схеми управління з котушками на 220 В, 50 Гц. Реле часу – типу РКВ11-4321 з котушками на напругу 220 В, 50 Гц.

2.5.9 Перемикачі вибору робочих агрегатів вмикання вентиляторів вибираємо типу УП5313-С330 із схемами замикання контактів, які задовольняють потребам складеної схеми управління.

2.5.10 Перелік вибраних апаратів управління приведений на литі 3 графічної частини дипломного проекту.

2.6 Опис роботи схеми управління

2.6.1 Схемою автоматизації роботи повітряно-опалювального агрегату передбачається можливість управління роботою установки у двох режимах: в режимі налагодження і в автоматичному режимі. Вибір режиму управління здійснюється перемикачем SА.

2.6.2 Режим опробування дозволяє за допомогою кнопок управління SВF, SBN, SВ1чSВ4 увімкнути або вимкнути вентилятор і кожну з секцій електронагрівачів калорифера з метою перевірки справності механізму і електричних кіл чи при налагодженні після установки або ремонту агрегата.

2.6.3 Автоматичний режим роботи повітряно-опалювального агрегату встановлюється переводом рукоятки перемикача вибору режимів SА у положення + 45° - "автоматична робота". При цьому, якщо температура повітря у приміщенні нижча за +18 °С і контакт датчика температури SКТ замкнутий (див. діаграму замикання контактів датчика температури SКТ на листі №3 графічної частини дипломного проекту), отримає живлення котушка реле КL і замкне свої контакти у колах котушок магнітних пускачів КМ, КМ1 і КМ2. По колу 1-13-7-РЕN буде збуджена котушка пускача КМ, що призведе до вмикання електропривода вентилятора. Далі стане до роботи пускач КМ1 - увімкнеться секція №1 електрокалорифера, а за нею пускачем КМ2 - секція №2. Агрегат стає до роботи на повну потужність. Нагріте у калорифері повітря вентилятором спрямовується у приміщення. Температура повітря в приміщенні поступово зростає.

Страницы: 1, 2, 3